(57)【要約】【課題】  集電効率を高めて出力性能を向上させると同時に、電極群の各部位から発生する電流を実質的に均一に引き出すことができる二次電池を提供する。【解決手段】  周縁部に沿って活物質が塗布されていない正極無地部１１ａおよび負極無地部がそれぞれ形成された正極、負極、及び前記正極と前記負極との間に配置されるセパレータを含む電極群１０と、正極無地部１１ａと前記負極無地部のそれぞれを覆いながら正極無地部１１ａおよび前記負極無地部にそれぞれ結合される集電板２０および他の集電板と、電極群１０、集電板２０および他の集電板が内蔵されるケースと、前記ケースに結合されることによって前記ケースを密閉させ、集電板２０および他の集電板と電気的に接続される端子が設置されるキャップ組立体とを含む。【選択図】図２
2006012836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周縁部に沿って活物質が塗布されていない正極無地部および負極無地部がそれぞれ形成された正極、負極、及び前記正極と前記負極との間に配置されるセパレータを含む電極群と、
前記正極無地部と前記負極無地部のそれぞれを覆いながら前記正極無地部および前記負極無地部に結合される集電板と、
前記電極群と前記集電板が内蔵されるケースと、
前記ケースに結合されることによって前記ケースを密閉させ、前記集電板と電気的に接続される端子が設置されるキャップ組立体とを含む二次電池。
【請求項２】
前記集電板は、前記正極無地部および前記負極無地部を覆いながら、前記正極無地部および前記負極無地部に固定されるカバーと、前記カバーから延伸するように形成され、前記端子と接続される連結部とを含む、請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記カバーは、前記正極無地部および前記負極無地部と接触し得る面に複数個の突起を有する、請求項２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記カバーは複数個の孔を有する、請求項２に記載の二次電池。
【請求項５】
前記カバーは前記正極無地部および前記負極無地部の外形に対応する形状を有する、請求項１に記載の二次電池。
【請求項６】
前記正極無地部と前記負極無地部が複数層を形成しながら対向配置され、前記カバーは前記正極無地部および前記負極無地部の先端全体に密着される第１カバーと、前記第１カバーの両端から折れ曲がるように形成され前記正極無地部および前記負極無地部の周部に密着される第２カバーとを含む、請求項５に記載の二次電池。
【請求項７】
前記電極群はゼリーロール形態に形成される、請求項１に記載の二次電池。
【請求項８】
前記二次電池は角形である、請求項１に記載の二次電池。
【請求項９】
前記二次電池はモータ駆動用である、請求項１に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二次電池に関し、より詳しくは集電効率を高めることができる二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、二次電池は、充電が不可能な一次電池とは異なって充電と放電が可能な電池であり、電池パック形態に製作されて携帯電話、ノートブックコンピュータ及びカムコーダのような携帯用電子機器の電源として広く使用されている。
【０００３】
最近は、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などに装着されるモータ駆動用として高出力電池が開発されている。
【０００４】
このような二次電池は多様な形状に製造されているが、代表的な形状として円筒形、角形があり、その構造としては、帯状の正極、負極の間に絶縁体であるセパレータを介在し、これらを渦流状に巻いて電極群を形成するものや、あるいは、セパレータを間に置いて正極と負極を複数個積層して電極群を形成した後、これをケースに内装設置し、このケースにキャップ組立体を結合して形成するものがある。
【０００５】
前記の正極と負極が巻かれることによって構成される電極群の場合、正極と負極には、電池の起電時において正極と負極で発生する電流を集電するための各々のリードが取り付けられる。このリードは、正極及び負極の外部端子に連結されることによって、正極と負極で発生した電流を外部端子に誘導する。
【０００６】
ところが、このような構造においては、電池容量の小さい小型電池では特別に問題なく集電効果を発揮するが、電池が大型で高出力を出さなければならない、いわゆるＨＥＶ用のようなモータ駆動用電池においては、正極と負極の面積が電池の大きさに比例して大きくなり、これに伴い生じる抵抗などを考慮すれば、前記リードによる集電方式において、その集電効率が落ちるだけでなく、電極群の各部位から発生した電流を均一に引き出すことが困難である。
【０００７】
これに鑑み、帯状の正極及び負極集電体の一側端部に活物質が塗布されていないリード取り付け部を形成し、正極及び負極とセパレータを巻いて電極群として形成するにあたって、前記リード取り付け部をセパレータより高く突出するように配置し、当該リード取り付け部に複数の正極リード及び負極リードを取り付けるように構成される二次電池がある。これに関連した従来技術としては、特許文献１に開示された二次電池を例に挙げることができる。
【０００８】
このような従来の二次電池は、リード取り付け部に複数のリードを固定させることができるために電池の内部抵抗を減らしながら、正極及び負極から集電を行うことができるので集電効率を高める効果がある。
【０００９】
しかし、上記の従来文献に開示された電池構造では、正極及び負極のリード取り付け部に複数のリードを取り付けて電池を構成するため、製造時における作業の効率が低下する問題点があるとともに、電池内部で活物質を保有しないため、実質的に電池反応に寄与できない部分、つまり、前記リード取り付け部と複数のリードが占める部分の容量が大きくなるため、電池の大容量化と高出力化を難しくする問題点がある。
【００１０】
また、電極群において活物質が塗布されていない突出端部に連結される端子の構造が特許文献２に開示されているが、この技術では前記端子は前記突出端部に実質的に接触することによって、この突出端部と端子とを電気的に接続する接触部の接触面積が限定されるため、集電効率を極大化させることができない問題点がある。
【特許文献１】特開平６−２６７５２８号公報
【特許文献２】特開２０００−４０５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、集電効率を高めて出力性能を向上させると同時に、電極群の各部位から発生する電流を実質的に均一に引き出すことができる二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明による二次電池は、周縁部に沿って活物質が塗布されていない正極無地部および負極無地部がそれぞれ形成された正極、負極及び前記正極と前記負極との間に配置されるセパレータを含む電極群と、前記正極無地部と前記負極無地部のそれぞれを覆いながら前記正極無地部および前記負極無地部に結合される集電板と、前記電極群と前記集電板が内蔵されるケースと、前記ケースに結合されることによって前記ケースを密閉させ、前記集電板と電気的に接続される端子が設置されるキャップ組立体とを含む。
【００１３】
前記集電板は前記正極無地部および前記負極無地部を覆いながら、前記正極無地部および前記負極無地部に固定されるカバーと、前記カバーから延伸するように形成され、前記端子と接続される連結部を含む。
【００１４】
前記カバーは、前記正極無地部および前記負極無地部と接触し得る面に複数個の突起を有し得る。
【００１５】
前記カバーは複数個の孔を有し得る。
【００１６】
前記カバーは前記正極無地部および前記負極無地部の外形に対応する形状を有することができ、これは、たとえば前記正極無地部と前記負極無地部が複数層を形成しながら対向配置される時、前記正極無地部および前記負極無地部の先端全体に密着される第１カバーと、前記第１カバーの両端から折れ曲がるように形成され前記正極無地部および前記負極無地部の周部に密着される第２カバーを含むことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の二次電池は電極群の無地部に接触される集電板の接触面積を極大化させることができるので、集電効率の向上を期待することができる。
【００１８】
また、電極群の各部位から発生した電流を実質的に均一に引き出すことができる。
【００１９】
したがって、本発明の二次電池は、高出力／大容量が要求されるＨＥＶ（ハイブリッド自動車）、ＥＶ（電気自動車）、無線掃除機、電動自転車、電動スクーターなどのようにモータを使用して作動する機器において、当該機器のモータを駆動するためのエネルギー源として有用に使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい実施例を添付した図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施例による二次電池を示した断面図である。
【００２２】
図１に示すように、二次電池は帯状の正極１１と負極１２がセパレータ１３を間に置いて積層された状態で、これらを巻いてゼリーロール形態に形成した電極群１０と、一端が開放されることによって開口１４ａが形成され内部に電極群１０を収容する空間を有する角形のケース１４と、ケース１４の開口１４ａに結合されてこのケース１４を密閉し、電極群１０と電気的に接続される正極端子３２と負極端子３３が設置されたキャップ組立体３０と、電極群１０の正極無地部１１ａと負極無地部１２ａを覆いながらこれらにそれぞれ固定され、正極端子３２および負極端子３３と電気的に接続される集電板２０、２０’を含む。なお、以下において、正極無地部１１ａおよび負極無地部１２ａについて、無地部１１ａ、１２ａと適宜略して説明する。
【００２３】
ケース１４はアルミニウム、アルミニウム合金またはニッケルがメッキされたスチールのような導電性金属で製作され、その形状は電極群１０が位置する内部空間を有する六面体またはその他の形状に形成される。
【００２４】
そして、キャップ組立体３０は、ケース１４の開口１４ａを密封するように取り付けられケース１４を密閉するキャッププレート３１と、このキャッププレート３１の両側に設置されて集電板２０、２０’を媒介として正極無地部１１ａと負極無地部１２ａにそれぞれ電気的に接続される正極端子３２と負極端子３３を含む。
【００２５】
キャッププレート３１と端子３２、３３との間には、これらを絶縁させるための絶縁部材３４、３４’を位置させることができる。
【００２６】
電極群１０は、各々の活物質が集電体にコーティングされて構成された正極１１と負極１２がセパレータ１３を間に置いて積層された状態で渦流状に巻かれるゼリーロールタイプに形成される。
【００２７】
本発明における電極群は前記ゼリーロールタイプの他にもセパレータを間に置いて正極と負極が複数層に積層された構造であっても良い。
【００２８】
電極群１０が形成される時、正極無地部１１ａと負極無地部１２ａは複数層をなしながら対向配置される。ここで、この無地部１１ａ、１２ａとは、正極集電体と負極集電体に正極活物質と負極活物質がそれぞれ塗布されるにあたって、これら集電体の長手方向と平行な一側端に沿って活物質が塗布されていない部位を示す。
【００２９】
電極群１０が形成される時、これら無地部１１ａ、１２ａはセパレータ１３より高く突出するように位置する。
【００３０】
上述した構造の二次電池において、本実施例による集電板２０、２０’は図２に示すように、電極群１０の両端に配置される無地部１１ａ、１２ａを覆いながらこれに溶接で固定される板構造物からなる。本実施例において、集電板２０、２０’は、同一の構造を有するので、図２では便宜上、正極無地部１１ａに結合される集電板２０のみを示した。図２〜４においては、便宜上、集電板２０のみを示すものであるが、以下の説明において述べる事項は、集電板２０’についても当てはまるものである。このため、以下の説明においては、図２〜４に図示されない集電板２０’等についても合わせて説明する。  本実施例における集電板２０、２０’は、正極無地部１１ａと負極無地部１２ａを覆いながらこれらにそれぞれ固定されるカバー２１、２１’と、このカバー２１、２１’の上端中央部位から延伸するように一体に形成されて端子３２、３３と電気的に接続される連結部２２、２２’を含む。
【００３１】
ここで、集電板２０、２０’の長さＬ１は、電極群１０の無地部１１ａ、１２ａ長さＬ２と同程度であり、集電板２０，２０’の幅は無地部１１ａ、１２ａを十分に覆う程度であれば良い。
【００３２】
本実施例における集電板２０、２０’は、無地部１１ａ、１２ａの先端全体をカバーしながら、当該先端に密着される第１カバー２１ａ、２１’ａと、この第１カバー２１ａ、２１’ａの両端から折り曲げられるように形成され、無地部１１ａ、１２ａ周部をカバーしながら当該周部に密着される第２カバー２１ｂ、２１’ｂを含むように前記カバー２１、２１’を構成している。
【００３３】
このように形成される集電板２０、２０’は、無地部１１ａ、１２ａに嵌合するとともに、カバー２１、２１’の内側面が無地部１１ａ、１２ａのそれぞれの先端と周部に密着されるようにして、無地部１１ａ、１２ａを覆う構造になる（図３参照）。
【００３４】
上述のように本実施例における集電板２０、２０’は無地部１１ａ、１２ａの外形に対応する形状を有し、この無地部１１ａ、１２ａを覆いながらこれに固定されるが、その具体的な形状は上述した例に限定されず、無地部１１ａ、１２ａの全面に密着されて無地部１１ａ、１２ａをカバーできる形状であれば良い。
【００３５】
一方、集電板２０、２０’は無地部１１ａ、１２ａに溶接によって固定され、この時、図４に示したように集電板２０、２０’の一方の側面、つまり、無地部１１ａ、１２ａとの接合面に複数の突起２３を形成してもよい。これにより、集電板２０、２０’が無地部１１ａ、１２ａに密着されるときに、突起２３が無地部１１ａ、１２ａの内部まで入りこむことによって、集電板２０，２０’を無地部１１ａ、１２ａに密着できる。この結果、無地部１１ａ、１２ａに対する集電板２０、２０’の密着性をさらに強化させることができるので、溶接による集電板２０、２０’の固定状態を一層堅固にする。
【００３６】
前記溶接は抵抗溶接、超音波溶接またはレーザー溶接によって行うことができる。
【００３７】
また、前記集電板２０、２０’には複数個の電解液含浸用孔２４をさらに形成することができる（図４参照）。
【００３８】
前記孔２４によって前記集電板２０、２０’が電極群１０の無地部１１ａ、１２ａを全体的に覆う状態でも集電板２０、２０’側に電解液が無地部１１ａ、１２ａに流入されて含浸できる。
【００３９】
ここで、前記孔２４の大きさやその個数は特に限定されず、二次電池の大きさなどによって弾力的に対応することができる。
【００４０】
前記では本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することができ、これも本発明の範囲に属することは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例による二次電池を示した断面図である。
【図２】本発明の実施例による電極群に集電異なる結合される状態を説明するために示した斜視図である。
【図３】図２におけるＩ−Ｉ線の断面図である。
【図４】本発明の他の実施例による集電板を示した斜視図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０    電極群、
１１    正極、
１１ａ    正極無地部、
１２    負極、
１２ａ    負極無地部、
１３    セパレータ、
１４    ケース、
１４ａ    開口、
２０、２０’    集電板、
２１、２１’    カバー、
２１ａ、２１’ａ    第２カバー、
２１ｂ、２１’ｂ    第２カバー、
２２、２２’    連結部、
２３    突起、
２４    孔、
３０    キャップ組立体、
３１    キャッププレート、
３２    正極端子、
３３    負極端子、
Ｌ１    集電板の長さ、
Ｌ２    無地部の長さ。
【図１】
2006012836.tif 000003
【図２】
2006012836.tif 000004
【図３】
2006012836.tif 000005
【図４】
2006012836.tif 000006